專利名稱：T源型交流逆變電源的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種T源型交流逆變電源的控制方法，屬于電能變換領(lǐng)域，用于光伏發(fā)電源等具有波動(dòng)性的較低直流電源轉(zhuǎn)化為幅值和頻率恒定的交流電源。
背景技術(shù)：
目前，能源的短缺以及環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，以風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電為代表的可再生能源發(fā)電技術(shù)因其不消耗地球化石能源、對(duì)環(huán)境零排放等優(yōu)點(diǎn)，成為最有競爭力的解決能源和環(huán)境問題的途徑，獲得了廣泛關(guān)注，成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。由于可再生發(fā)電源輸出的電能形式對(duì)環(huán)境變化更加敏感，波動(dòng)較大，難以直接為負(fù)載供電，為此需要結(jié)合相應(yīng)的電能變換技術(shù)來獲得滿足獨(dú)立供電要求的電能形式。在目 前的解決方案中，對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)，其輸出為直流形式，一種方案是采用直流-直流-交 流的兩級(jí)式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的交流電能輸出。這種結(jié)構(gòu)中直流側(cè)增加的開關(guān)變換器造成系統(tǒng)損耗增加，效率和可靠性均有所下降。另一種方案是采用Z源型逆變器，在直流發(fā)電源和傳統(tǒng)逆變器中間串接由兩個(gè)電感和電容組成的交叉阻抗網(wǎng)絡(luò)，利用逆變器的直通狀態(tài)對(duì)電感進(jìn)行儲(chǔ)能，在非直通狀態(tài)釋放，進(jìn)而間接實(shí)現(xiàn)直流電壓的升壓控制。Z源型逆變器采用單級(jí)結(jié)構(gòu)同時(shí)實(shí)現(xiàn)直流側(cè)的升壓控制和交流側(cè)的逆變控制，具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高等優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注。但是這種方案直流升壓比有限，在直流升壓比較大時(shí)，需要較大的直通占空比，造成對(duì)交流側(cè)的輸出電壓和電流波形造成不良影響，另外，Z源型逆變器需要兩個(gè)儲(chǔ)能電感和兩個(gè)濾波電容，造成成本和體積均有所增加，不利于推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種T源型交流逆變電源的控制方法，用于光伏發(fā)電源等具有波動(dòng)性的較低直流電源轉(zhuǎn)化為幅值和頻率恒定的交流電源，以解決現(xiàn)有包含可再生發(fā)電源的交流逆變電源的效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。一種T源型交流逆變電源，其組成包括直流正極輸入端的二極管(I)，變壓器(2 )，濾波電容(3)，逆變器(4)，濾波電感(5)，交流濾波電容(6)，交流電壓檢測電路(7)，偏置電路(8)，直流電壓檢測電路(9)，低通濾波電路(10)，主控制器(11)以及隔離驅(qū)動(dòng)電路(12);
所述的二極管(I)的正極與外部直流電源的正極輸出端相連，作為所述的T源型交流逆變電源的正極輸入端，二極管(I)的負(fù)極與變壓器(2)的輸入端相連，變壓器(2)的第一輸出端與逆變器(4)的直流正極輸入端相連，變壓器(2)的第二輸出端與濾波電容(3)的一端相連，濾波電容(3)的另一端與逆變器(4)的直流負(fù)極輸入端以及外部直流電源的負(fù)極輸出端相連，逆變器的第一輸出端與濾波電感(5)的一端相連,濾波電感(5)的另一端與交流濾波電容(6)的一端相連作為所述的T源型交流逆變電源一個(gè)交流輸出端與負(fù)載相連，逆變器(4)的第二輸出端與交流濾波電容(6)的另一端相連作為所述的T源型交流逆變電源的另一個(gè)交流輸出端與負(fù)載相連，；交流電壓檢測電路(7)的輸入端與交流濾波電容(6)的兩端相連，用于檢測交流輸出電壓，交流電壓檢測電路(7)的輸出端與偏置電路(8)的輸入端相連，將采集到的交流輸出電壓信號(hào)提高到始終大于零，偏置電路(8)的輸出端與主控制器(11)的第一輸入端相連，直流電壓檢測電路(9)的第一輸入端與逆變器(4)的直流正極輸入端相連，直流電壓檢測電路(9)的第二輸入端與逆變器(4)的直流負(fù)極輸入端相連，用于檢測逆變器(4)的直流輸入電壓，直流電壓檢測電路(9)的輸出端與低通濾波電路(10)的輸入端相連，濾除逆變器的直流輸入電壓的高頻脈沖，獲得逆變器的直流輸入電壓中的直流分量，低通濾波電路
(10)的輸出端與主控制器(11)的第二輸入端相連，主控制器(11)的輸出端與隔離驅(qū)動(dòng)電路(12)的輸入端相連，隔離驅(qū)動(dòng)電路(12)的輸出端與逆變器(4)的信號(hào)輸入端相連，用于驅(qū)動(dòng)逆變器(4)的各個(gè)功率器件工作。所述的T源型交流逆變電源的控制方法，其步驟是，
步驟一、設(shè)置逆變器(4 )的直流電壓的給定值，與通過低通濾波電路(10 )獲得的逆
變器的直流輸入電壓中的直流分量IZjr相減，獲得的差值通過直流電壓調(diào)節(jié)器獲得逆變器
中各個(gè)橋臂的直通占空比，以實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器的直流輸入電壓的恒定控制；
步驟二、將通過交流電壓檢測電路(7)和偏置電路(8)采集的交流電壓信號(hào)減去偏置
量，獲得和實(shí)際的交流電壓成比例的較低的交流電壓信號(hào)■，將《W輸入到相移模塊，將IW移相90度，獲得與Ifeor正交的另一路交流電壓信號(hào)，并通過如下公式計(jì)算獲得交流電壓的幅值
^out — ^uOta- + uOts-P ,
步驟三、設(shè)置交流電壓幅值的給定值《4 ·,與步驟二中獲得的交流電壓的幅值OW相
減，獲得的差值輸入到交流電壓調(diào)節(jié)器，其輸出值與標(biāo)準(zhǔn)正弦波相乘，獲得逆變器輸出交流電壓的給定值；
步驟四、將步驟一獲得的直通占空比以及步驟三獲得的逆變器的輸出交流電壓的給定值輸入到加入直通狀態(tài)的正弦波脈寬調(diào)制算法產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)，控制逆變器中的各個(gè)開關(guān)管工作，從而實(shí)現(xiàn)直流電壓和交流電壓的閉環(huán)控制。本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過在直流-交流逆變器的直流側(cè)加入變壓器，并結(jié)合交流電壓閉環(huán)控制算法，采用一級(jí)電路結(jié)構(gòu)和更少的儲(chǔ)能元件同時(shí)實(shí)現(xiàn)了直流電壓的升壓、穩(wěn)壓控制以及將直流形式的電能轉(zhuǎn)化為幅值和頻率固定的交流電源，實(shí)現(xiàn)為負(fù)載提供穩(wěn)定可靠的交流電能，由于無需增加直流-直流逆變環(huán)節(jié)，減少了開關(guān)器件的數(shù)量，因此有效降低了系統(tǒng)的損耗、體積和成本，具有結(jié)構(gòu)緊湊以及效率高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。


圖I是本發(fā)明的原理 圖2是本發(fā)明的直通狀態(tài)的原理圖，圖3是本發(fā)明的非直通狀態(tài)的原理 圖4是本發(fā)明的控制方法的原理 圖5是本發(fā)明的控制方法的流程圖；圖6是本發(fā)明的產(chǎn)生直通狀態(tài)的正弦波脈寬調(diào)制算法的原理圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖I至圖5具體說明本實(shí)施方式。圖I為T源型交流逆變電源的原理圖，其組成包括直流正極輸入端的二極管(1)，變壓器(2)，濾波電容(3)，逆變器(4)，濾波電感(5)，交流濾波電容(6)，交流電壓檢測電路(7)，偏置電路(8)，直流電壓檢測電路(9)，低通濾波電路(10)，主控制器(11)以及隔離驅(qū)動(dòng)電路(12)； 所述的二極管(I)的正極與外部直流電源的正極輸出端相連，作為所述的T源型交流逆變電源的正極輸入端，二極管(I)的負(fù)極與變壓器(2)的輸入端相連，變壓器(2)的第一輸出端與逆變器(4)的直流正極輸入端相連，變壓器(2)的第二輸出端與濾波電容(3)的一端相連，濾波電容(3)的另一端與逆變器(4)的直流負(fù)極輸入端以及外部直流電源的負(fù)極輸出端相連，逆變器的第一輸出端與濾波電感(5)的一端相連,濾波電感(5)的另一端與交流濾波電容(6)的一端相連作為所述的T源型交流逆變電源一個(gè)交流輸出端與負(fù)載相連，逆變器(4)的第二輸出端與交流濾波電容(6)的另一端相連作為所述的T源型交流逆變電源的另一個(gè)交流輸出端與負(fù)載相連，；
交流電壓檢測電路(7)的輸入端與交流濾波電容(6)的兩端相連，用于檢測交流輸出電壓，交流電壓檢測電路(7)的輸出端與偏置電路(8)的輸入端相連，將采集到的交流輸出電壓信號(hào)提高到始終大于零，偏置電路(8)的輸出端與主控制器(11)的第一輸入端相連，直流電壓檢測電路(9)的第一輸入端與逆變器(4)的直流正極輸入端相連，直流電壓檢測電路(9)的第二輸入端與逆變器(4)的直流負(fù)極輸入端相連，用于檢測逆變器(4)的直流輸入電壓，直流電壓檢測電路(9)的輸出端與低通濾波電路(10)的輸入端相連，濾除逆變器的直流輸入電壓的高頻脈沖，獲得逆變器的直流輸入電壓中的直流分量，低通濾波電路
(10)的輸出端與主控制器(11)的第二輸入端相連，主控制器(11)的輸出端與隔離驅(qū)動(dòng)電路(12)的輸入端相連，隔離驅(qū)動(dòng)電路(12)的輸出端與逆變器(4)的信號(hào)輸入端相連，用于驅(qū)動(dòng)逆變器(4)的各個(gè)功率器件工作。所述的變壓器(2)包括繞組Wl和繞組W2，所述的繞組Wl和繞組W2纏繞在同一個(gè)閉合的磁環(huán)上，繞組Wl和繞組W2的同名端相連作為所述變壓器(2)的輸入端，繞組Wl的另一端作為所述變壓器(2)的第一輸出端，繞組W2的另一端作為所述變壓器(2)的第一輸出端。所述的逆變器(4)采用單相橋式逆變器，由第一橋臂和第二橋臂組成，第一橋臂和第二橋臂并聯(lián)，所述的兩個(gè)橋臂分別由兩個(gè)功率開關(guān)器件串聯(lián)構(gòu)成。本發(fā)明的基本原理是在直流側(cè)加入直流變壓器和濾波電容，通過逆變器的同一橋臂的兩個(gè)開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，產(chǎn)生直通狀態(tài)，進(jìn)而使能量存儲(chǔ)在直流變壓器中，而在非直通狀態(tài)釋放出去，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)直流電壓的升壓。下面推導(dǎo)其直流電壓和直流供電電源之間的關(guān)系，即直流升壓比。各個(gè)公式中變量的物理含義為，士!為變壓器(2)的繞組Wl兩端電壓，為變壓器(2)的繞組W2兩端電圧3力變壓器(2)的匝數(shù)比I力濾波電容(3)的電壓，*W為直流正極輸入端的二極管(I)的電壓，《 為直流輸入電源電壓，為逆變器的直通占空比。在直通狀態(tài)下，對(duì)應(yīng)的等效電路如圖2所示，變壓器的繞組電壓方程為
權(quán)利要求
1.一種T源型交流逆變電源，其組成包括直流正極輸入端的二極管(I)，變壓器(2)，濾波電容(3)，逆變器(4)，濾波電感(5)，交流濾波電容(6)，交流電壓檢測電路(7)，偏置電路(8)，直流電壓檢測電路(9)，低通濾波電路(10)，主控制器(11)以及隔離驅(qū)動(dòng)電路(12)；所述的二極管(I)的正極與外部直流電源的正極輸出端相連，作為所述的T源型交流逆變電源的正極輸入端，二極管(I)的負(fù)極與變壓器(2)的輸入端相連，變壓器(2)的第一輸出端與逆變器(4)的直流正極輸入端相連，變壓器(2)的第二輸出端與濾波電容(3)的一端相連，濾波電容(3)的另一端與逆變器(4)的直流負(fù)極輸入端以及外部直流電源的負(fù)極輸出端相連，逆變器的第一輸出端與濾波電感(5)的一端相連,濾波電感(5)的另一端與交流濾波電容(6)的一端相連作為所述的T源型交流逆變電源一個(gè)交流輸出端與負(fù)載相連，逆變器(4)的第二輸出端與交流濾波電容(6)的另一端相連作為所述的T源型交流逆變電源的另一個(gè)交流輸出端與負(fù)載相連；交流電壓檢測電路(7)的輸入端與交流濾波電容(6)的兩端相連，用于檢測交流輸出電壓，交流電壓檢測電路(7)的輸出端與偏置電路(8)的輸入端相連，將采集到的交流輸出電壓信號(hào)提高到始終大于零，偏置電路(8)的輸出端與主控制器(11)的第一輸入端相連，直流電壓檢測電路(9)的第一輸入端與逆變器(4)的直流正極輸入端相連，直流電壓檢測電路(9)的第二輸入端與逆變器(4)的直流負(fù)極輸入端相連，用于檢測逆變器(4)的直流輸入電壓，直流電壓檢測電路(9)的輸出端與低通濾波電路(10)的輸入端相連，濾除逆變器的直流輸入電壓的高頻脈沖，獲得逆變器的直流輸入電壓中的直流分量，低通濾波電路(10)的輸出端與主控制器(11)的第二輸入端相連，主控制器(11)的輸出端與隔離驅(qū)動(dòng)電路(12)的輸入端相連，隔離驅(qū)動(dòng)電路(12)的輸出端與逆變器(4)的信號(hào)輸入端相連，用于驅(qū)動(dòng)逆變器(4)的各個(gè)功率器件工作； 所述的T源型交流逆變電源的控制方法，其特征在于，其步驟是， 步驟一、設(shè)置逆變器(4)的直流電壓的給定值￡4，與通過低通濾波電路(10)獲得的逆變器的直流輸入電壓中的直流分量Crw相減，獲得的差值通過直流電壓調(diào)節(jié)器獲得逆變器中各個(gè)橋臂的直通占空比，以實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器的直流輸入電壓的恒定控制； 步驟二、將通過交流電壓檢測電路(7)和偏置電路(8)采集的交流電壓信號(hào)減去偏置量，獲得和實(shí)際的交流電壓成比例的較低的交流電壓信號(hào)今!!!■，將 輸入到相移模塊，將Mmr移相90度，獲得與Mtlzr正交的另一路交流電壓信號(hào)，并通過如下公式計(jì)算獲得交流電壓的幅值
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的T源型交流逆變電源的控制方法，其特征在于，所述的控制方法在主控制器(11)中通過軟件加以實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的T源型交流逆變電源的控制方法，其特征在于，所述的直流電壓調(diào)節(jié)器采用比例-積分控制方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的T源型交流逆變電源的控制方法，其特征在于，所述的交流電壓調(diào)節(jié)器采用比例-積分控制方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種T源型交流逆變電源的控制方法，屬于電能變換領(lǐng)域，用于將波動(dòng)的、較低的直流電壓轉(zhuǎn)化為幅值和頻率恒定的交流電壓。在原有逆變器和濾波器的基礎(chǔ)上，在直流側(cè)增加二極管，雙繞組變壓器和濾波電容，不增加額外的直流-直流變換環(huán)節(jié)，利用逆變器的直通狀態(tài)實(shí)現(xiàn)直流電壓的升壓和穩(wěn)壓控制。采用直流電壓和交流電壓雙閉環(huán)的控制策略，同時(shí)實(shí)現(xiàn)直流電壓和交流電壓幅值恒定控制，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、直流電壓利用率高以及效率高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M7/48GK102882407SQ201210406948
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者李宣南, 樸順善, 毛飛 申請(qǐng)人:哈爾濱東方報(bào)警設(shè)備開發(fā)有限公司